快速旋轉的白矮星在其宇宙之舞中拖曳著時空。
天文學家到底是如何利用愛因斯坦的廣義相對論來研究雙星系統中白矮星的旋轉呢？根據愛因斯坦的廣義相對論，一個大質量物體的旋轉會在其附近產生時空的拖曳。拿地球自轉來說，通過衛星實驗已經測試過這種效應。
在射電脈衝星的幫助下,一個國際科學家團隊(主要包括位於德國波恩的馬克斯·普朗克射電天文學研究所裡的科學家們)檢測出快速旋轉的白矮星伴星周圍的時空旋動，從而證實了這種獨特的雙星系統的形成理論。該研究成果發表在本週的《科學》雜誌上。
PSR J1141-6545，這種白矮星-脈衝星雙星系統，是由CSIRO的帕克斯射電望遠鏡發現的。脈衝星每4.8小時繞對應的白矮星運行一週。白矮星的快速旋轉拖曳著它周圍的時空，使得整個軌道的方向都發生了改變。
1999年，藉助澳大利亞帕克斯射電望遠鏡，科學家在穆斯卡星座（the Fly）發現了一個獨特的雙星體系，靠近著名的南十字星座。在這個星系中，無線電脈衝星PSR J1141-6545與一顆相對較大的白矮星相互繞轉，它的"一年"持續時間不到地球的5小時。無線電脈衝星是一種快速旋轉的中子星，它沿著磁極發射無線電波。“這個脈衝星的軌道非常特別。
因為恆星之間的最大間隔幾乎不超過太陽的大小，所以它在軌道上以近100萬公里/小時的最大速度在太空中飛行。”，維維克·維卡塔拉曼·克里希南博士這樣說道，他是這篇論文的第一作者並且是馬克斯·普朗克射電天文學研究所的科學家，在澳大利亞斯溫本科技大學攻讀博士學位時，他對無線電脈衝星PSR J1141-6545進行了數據分析和部分觀察。
不同於其他由脈衝星和白矮星組成的雙星體系，理論模型表明，PSR J1141-6545的白矮星伴星形成於它之前。這些理論模型的一個重要預測是，在形成脈衝星的超新星爆炸之前，從脈衝星的前身到白矮星有大量的質量轉移，這樣一來就極大的加快了白矮星轉速。"測量這種旋轉是對我們雙星體系演化模型的重要檢驗”，這篇論文的合著者，丹麥奧胡斯大學中子星和白矮星專家托馬斯·陶里斯教授說道。
測量恆星自轉的標準方法是研究其光譜線。但是，這對於PSR J1141-6545的白矮星伴星來說，效果微乎其微。那麼我們該如何測量它的旋轉呢？答案源於一個出乎意料的方向，可以追溯到100多年前的理論物理學發展進程。
即使在1915年11月廣義相對論完成之前，阿爾伯特·愛因斯坦就已經意識到，在引力是彎曲時空的原因的理論中，質量的旋轉一般直接作用於引力場，這與牛頓的天體理論不同。簡單地說，質量的旋轉會扭曲其附近的時空，這種效果通常稱為"參考系拖拽效應"。之後在1918年，約瑟夫·蘭斯和漢斯·瑟林在阿爾伯特·愛因斯坦的大力支持下，用廣義相對論計算了太陽系的這種效應。特別是，他們計算了太陽旋轉造成的時空拖曳如何影響行星的運動。他們的結論是，這些影響小的不可思議以至於在當時無法測量。
與此同時，技術進步了並且地球的旋轉引起的參考系拖曳效應最終被衛星實驗如重力探測器B，以及激光測距衛星LAGEOS 1&2以及LARES的組合所共同探測到。重力探測器B使用一組四個精密陀螺儀來測量這種效應，而後的一個實驗測量了衛星軌道平面在地球旋轉方向上的緩慢進動，即所謂的"蘭斯-瑟林進動"。同時，衛星的這種進動已被確認在2%左右，與廣義相對論的預測一致。其影響極小：例如，LAGEOS-1位於半徑約為12，300公里的圓形軌道上。它的軌道平面每年僅進動0.000086度，相當於完全旋轉需要大約4000萬年。
根據恆星演化模型，PSR J1141-6545的白矮星伴星附近的情況應該大不相同:儘管它比地球小一點，但它的質量卻是地球的34萬倍，這與太陽的質量相當。人們預計它將在幾分鐘內繞軸旋轉。Norbert Wex博士是MPIfR的廣義相對論專家、論文合著者，他說道：“假設LAGEOS-1繞著這顆白矮星運行，它的軌道每天會進幾度，因為時空的牽引力大約是白矮星的1億倍，”。
人類向這顆白矮星發射衛星是不可能的，因為它離我們有幾千光年(幾百千萬億公里)遠。來自這顆脈衝星的無線電信號提供了其運動的精確測量，這是一種類似於LARES和LAGEOS-1 - 2衛星的激光測距測量。“在原子鐘的幫助下，我們能夠在帕克斯和最大的射電望遠鏡上對脈衝星信號的到達時間進行高度精確的測量，也可以在將近20年的時間裡，以平均每測量30公里的測距精度跟蹤脈衝星的軌道。這樣就產生了一個精確的大小和方向的確定軌道”,Vivek萬卡特拉曼·萊馬克里斯Krishnan博士解釋道。
在脈衝星與白矮星的距離上，時空的拖曳力大約是在類拉格日耳曼軌道距離上的一百萬倍。然而，在過去的20年裡，倫斯-瑟林的歲差卻仍然導致了脈衝星150公里的歲差。新西蘭奧克蘭理工大學的科學家兼論文合著者威廉·範斯特拉頓博士解釋稱：“經過詳細的計算並排除了一系列可能的實驗誤差後，脈衝星J1141-6545的觀測確實顯示出了這樣的偏差，這被證實是由於其軌道方向的改變所造成的。”
仔細分析這種考慮了倫斯-瑟林效應的測量方法，可以估計白矮星的旋轉週期大約為100秒每圈·這很好地證實了在150萬年前形成脈衝星的超新星爆炸之前，脈衝星的前身有一個重要的質量轉移到白矮星這一觀點。同樣作為論文合著者的澳大利亞斯威本大學科學家馬修·貝爾斯教授認為：“這樣的的結果來自於阿爾伯特·愛因斯坦留給我們的·一個工具，這個工具能夠使得我們現在能夠了解更多關於脈衝星及其伴星的信息。”
像MeerKAT和平方公里陣列(SKA)這種即將出現的新的射電望遠鏡，將幫助我們在理解愛因斯坦的理論如何在這些自然實驗室中發揮作用方面發揮核心作用。英國SKA組織的科學家、論文合著者埃文·基恩博士認為：“隨著平方公里列陣探測到更多類似於這樣的奇異雙星系統，我們將有望在未來研究出廣義相對論所預測的更多效應。”
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.
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